基于隸屬函數(shù)的煙草直播育苗基質(zhì)配方篩選

龍澤宇 陶軒 李洋洋 肖漢乾 張明發(fā) 張一揚(yáng)

摘要：煙草直播是一種新型育苗方式，需要研制相應(yīng)的育苗基質(zhì)，提升煙苗綜合素質(zhì)，同時(shí)減少草炭等稀缺材料的使用，并為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供技術(shù)支撐。以蚯蚓土、椰糠、谷殼灰、草炭、珍珠巖及蛭石為試材，通過不同體積比混配設(shè)置T1～T9共9個(gè)基質(zhì)配方處理，與以草炭為主的漂浮育苗基質(zhì)進(jìn)行對(duì)照育苗試驗(yàn)，煙苗生長至7葉1心時(shí)，對(duì)表征其生長狀況的各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)綜合分析育苗效果。結(jié)果表明，T6配方較CK顯著增大了煙株株高與根系活力，煙葉的SPAD值、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量分別提升了22.98%、9.70%、8.65%，T8配方有效促進(jìn)了煙株生長，葉長、株高、莖粗、根系活力較CK分別顯著提高了26.83%、61.51%、28.18%、5.88%，所育煙苗葉片的可溶性糖、可溶性蛋白含量分別顯著增加了10.99%、7.69%，硝酸還原酶活性和過氧化氫酶活性分別是對(duì)照的1.45、1.43倍，利用隸屬函數(shù)對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化后發(fā)現(xiàn)，T6配方隸屬函數(shù)值為0.71，T8配方隸屬函數(shù)值為0.93，均高于常規(guī)基質(zhì)的0.69。T6配方（椰糠 ∶草炭 ∶珍珠巖 ∶蛭石=4.5 ∶1.5 ∶2.0 ∶2.0）和T8配方（蚯蚓土 ∶椰糠 ∶珍珠巖 ∶蛭石=1.0 ∶2.0 ∶1.0 ∶1.0）滿足煙草直播育苗需求。

關(guān)鍵詞：煙草育苗；基質(zhì)配方；直播；隸屬函數(shù)

中圖分類號(hào)：S572.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）05-0083-06

煙草為1年生或有限多年生植物［1］。煙草是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，在財(cái)政稅收和保障民生方面發(fā)揮了重要的作用，因此保障優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)具有重大意義。煙葉生產(chǎn)的起始環(huán)節(jié)是育苗，當(dāng)前我國主要的育苗方式為漂浮育苗，多以草炭、珍珠巖及蛭石等為基質(zhì)原材料［2-5］。其中草炭屬于不可再生資源，出于環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展的考慮，尋找可以完全替代草炭或部分替代草炭的物質(zhì)亟待解決。

近年來煙草科研工作者在這方面已經(jīng)作了許多研究，發(fā)現(xiàn)了禽畜糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)業(yè)廢棄物以及廢渣類等價(jià)格低廉、來源便利、性能優(yōu)良并且生態(tài)友好的育苗基質(zhì)原材料。劉銘等將腐熟牛糞、膨化珍珠巖與蛭石混配后，取得比草炭為主的傳統(tǒng)基質(zhì)更好的育苗效果［6］；周德英等在永州煙區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，40%發(fā)酵稻殼+35%草炭+25%膨化珍珠巖的混配基質(zhì)更利于煙苗生長［7］；劉光亮等以生物炭和耕層土壤混合作為育苗新基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)煙苗根系生物量和活力顯著提高［8］；張瓊芬等研究發(fā)現(xiàn)，將腐熟玉米秸稈應(yīng)用于漂浮育苗基質(zhì)，有利于提升煙苗農(nóng)藝性狀，降低生產(chǎn)成本［9］；任蘭天等驗(yàn)證了小麥腐熟秸稈代替草炭是可行的，且煙苗長勢(shì)更強(qiáng)［10］；吳松展等將菌渣、蚯蚓土與蛭石和珍珠巖混合使用后發(fā)現(xiàn)，相比以草炭、蛭石和珍珠巖為主的市售基質(zhì)，煙苗的生長指標(biāo)和生理活性更優(yōu)［11］。

這些基質(zhì)能取得成功，是由于秸稈等物質(zhì)經(jīng)過混合后促使育苗基質(zhì)容重、孔隙度、pH值、電導(dǎo)率等性質(zhì)發(fā)生變化。新型育苗基質(zhì)通常穩(wěn)定性和吸附性更好，孔隙度較大，容重合理，有機(jī)質(zhì)含量豐富，基質(zhì)保溫、保水、保肥能力強(qiáng)。關(guān)于漂浮育苗基質(zhì)已經(jīng)有了比較全面的研究，但關(guān)于烤煙直播育苗基質(zhì)少有報(bào)道。本試驗(yàn)以蚯蚓土、椰糠、谷殼灰、草炭、珍珠巖及蛭石為試材，探討適用于烤煙直播煙苗培育的基質(zhì)配方，以期為烤煙直播育苗提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2022年7—10月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)樓進(jìn)行，溫室培養(yǎng)環(huán)境設(shè)置為L ∶D（光照 ∶黑暗）=14 h ∶10 h，溫度控制在25～28 ℃。供試品種為云煙87的包衣種?；|(zhì)材料中蚯蚓土購自市場，椰糠、谷殼灰、草炭、珍珠巖、蛭石及對(duì)照漂浮育苗基質(zhì)（草炭 ∶珍珠巖 ∶石=2 ∶1 ∶1）均購自湖南省湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)基質(zhì)原材料按照不同的體積混合設(shè)置 T1～T9共9個(gè)配方處理（表1），各基質(zhì)配方處理的理化性質(zhì)見表2，以常規(guī)漂浮育苗基質(zhì)為對(duì)照（CK）。播種前在育苗盤的孔穴中自然填滿已拌勻的各基質(zhì)處理，并用刮板刮去盤面多余基質(zhì)。加水使基質(zhì)充分吸水后，每穴播種2粒，播種完后將育苗盤移入育苗池內(nèi)，育苗池中不額外加水。苗期保持基質(zhì)含水量處于65%～75%。每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)30盤，在成苗期（7葉1心）取樣進(jìn)行煙苗農(nóng)藝性狀及生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

待煙苗長至成苗期（7葉1心）時(shí)，隨機(jī)從各處理分別選取長勢(shì)均勻一致的幼苗進(jìn)行測(cè)定。出苗率、成苗率、葉長（最大葉）、葉寬（最大葉）、株高、莖粗、地上部干（鮮）重及地下部干（鮮）重等農(nóng)藝性狀按照YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》［12］執(zhí)行。葉綠素含量（SPAD值）、根系活力、可溶性糖與可溶性蛋白含量、硝酸還原酶（NR）活性及超氧化物歧化酶（SOD）等氧化還原酶活性參照前人的研究［7-10］進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理后，采用SPSS 26.0軟件和模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin軟件作圖。通過隸屬函數(shù)計(jì)算隸屬函數(shù)值并進(jìn)行排序，可對(duì)受不同因素影響的事物作出全面科學(xué)評(píng)價(jià)，避免人為主觀性。參考前人研究，對(duì)不同處理煙苗植株各指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)具體方法如下［13-14］：

（1）分別對(duì)不同基質(zhì)栽培條件下的煙苗植株，用下式求該指標(biāo)隸屬數(shù)值：X（f）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。

式中：X為某一處理的某一指標(biāo)的測(cè)定值；Xmax為該指標(biāo)測(cè)定值中的最大值；Xmin為該指標(biāo)測(cè)定值的最小值。

（2）當(dāng)某指標(biāo)與植株優(yōu)劣呈負(fù)相關(guān)時(shí)，利用反隸屬函數(shù)計(jì)算其隸屬函數(shù)值：X（f）=1-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。

（3）將各處理不同指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，取其平均值，即為綜合評(píng)價(jià)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方基質(zhì)對(duì)煙苗出苗率及成苗率的影響

不同基質(zhì)配方由于自身的理化性質(zhì)差異，對(duì)煙草包衣種的萌發(fā)和煙苗生長會(huì)產(chǎn)生不同的影響。由表3可以看出，播種后第5天的發(fā)芽勢(shì)CK最高，T2、T6、T8配方略低于CK，其他配方則顯著低于CK；播種后第7天的發(fā)芽勢(shì)T6、T8配方略低于CK，且都超過了90%，T1配方最低。各處理的出苗率除T1、T2處理為66.67%，顯著低于CK外，其他處理出苗率在85.70%～99.50%之間，與CK間差異不顯著。T1、T2處理的煙苗成苗率不足60%，顯著低于CK，其余處理的成苗率與CK沒有顯著差異，各基質(zhì)配方中T6、T8的成苗率均超過了90%，高于CK，T3配方成苗率低于CK。

2.2 不同配方基質(zhì)對(duì)煙苗農(nóng)藝性狀的影響

煙苗的農(nóng)藝性狀可以直觀地在一定程度上反映出其生長狀態(tài)。如表4所示，T8配方的葉長最長，為22.03 cm，顯著大于CK，T1、T2、T6、T9配方的葉長與CK間差異不顯著，其他處理均顯著小于CK。各處理中T8配方的葉寬最大，為 10.17 cm，較CK提高了11.76%，其余配方煙苗的葉寬均小于CK，T1和T6配方與CK間差異不顯著，T2、T3、T4、T5、T7、T9顯著低于CK。各基質(zhì)配方所培育的煙苗中煙株最高的為T8配方，T6、T1配方次之，較CK分別提高了61.51%、32.06%、14.91%，T2、T9配方與CK差異不顯著，余下的4個(gè)處理株高顯著低于CK。T8配方莖粗顯著高于CK，較CK提高了28.18%，T2配方莖粗顯著小于CK，其他配方莖粗與CK間無顯著差異。

2.3 不同配方基質(zhì)對(duì)煙苗干鮮生物量的影響

干物重可作為評(píng)價(jià)煙苗素質(zhì)的重要指標(biāo)。由表5可知，地上部鮮重T8處理最高且顯著高于CK及其他處理，T2、T4、T5、T7處理均顯著低于CK，T1、T3、T6、T9處理與CK無顯著差異；T1、T3、T6、T8處理地上部干重與CK差異不顯著，其余處理則顯著低于CK。地下部鮮重除T7外，各處理與CK間沒有顯著性差異； 地下部干重最大的為T8處理，與CK沒有顯著性差異，最小的為T7處理，顯著小于CK。

2.4 不同配方基質(zhì)對(duì)煙苗葉綠素含量及根系活力的影響

由表6可知，T6處理煙苗葉片葉綠素含量相對(duì)值（SPAD值）最高，較CK增長了22.98%，且顯著高于CK，T5處理煙苗葉片SPAD值最低，較CK降低了30.53%，且顯著低于CK，其余處理煙苗葉片SPAD值與CK間未見明顯差異。煙苗的根系活力在不同基質(zhì)配方處理下呈現(xiàn)出較大的差異， 具體表現(xiàn)為T8配方煙苗的根系活力最高，為 0.18 mg/（g·h），顯著高于CK及其他配方，T6配方與CK沒有顯著性差異， T1等7個(gè)配方煙苗的根系活力均顯著低于CK，其中T5配方最低。

2.5 不同配方基質(zhì)對(duì)煙苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

可溶性糖和可溶性蛋白是煙葉中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)維持煙苗的穩(wěn)定生長具有重要意義。從表7中可以看出，不同配方中生長出的煙苗可溶性糖含量不同。T6、T8配方可溶性糖含量顯著高于CK，T1、T5配方可溶性糖含量高于CK，但沒有顯著差異，T3、T4配方可溶性糖含量顯著低于CK，T2、T7、T9配方可溶性糖含量略低于CK，但未表現(xiàn)出顯著差異。各配方煙苗葉片中可溶性蛋白含量排序?yàn)門6＞T8＞T9＞T1=T2=T3=T4=T7＞CK=T5，且T6、T8配方煙苗葉片可溶性蛋白含量顯著高于CK。T6、T8配方煙葉可溶性糖和可溶性蛋白含量較高，意味著煙苗抗性較強(qiáng)。

2.6 不同配方基質(zhì)對(duì)煙苗主要酶活性的影響

氮代謝是影響煙葉品質(zhì)與產(chǎn)量的重要代謝環(huán)節(jié)，硝酸還原酶作為植物體內(nèi)硝酸鹽還原的起始酶、限速酶和調(diào)節(jié)酶，對(duì)煙草的氮代謝有較大的影響。由圖1可以看出，T8配方煙苗體內(nèi)硝酸還原酶活性顯著高于CK，較CK提高了45.42%，其余各配方均顯著低于CK。

煙苗在生長發(fā)育過程中不可避免地會(huì)遭遇各種不利條件，在體內(nèi)形成過多的活性氧及自由基，破壞細(xì)胞膜系統(tǒng)，對(duì)煙株造成損害。植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)可以清除在不利環(huán)境下產(chǎn)生的過氧化物，使植物免受侵害，因此煙苗體內(nèi)抗氧化酶的活性對(duì)后續(xù)正常的生長發(fā)育至關(guān)重要。如圖2、圖3、圖4所示，T1、T6、T8 3個(gè)基質(zhì)配方煙苗葉片的SOD活性較CK分別提高2.44%、7.33%、4.38%，但與CK間無顯著差異，其余6個(gè)處理顯著低于CK；T8配方煙苗葉片POD活性較CK提高了0.56%，與CK間差異不顯著，其他8個(gè)處理煙苗POD活性均顯著低于CK；T8配方煙苗葉片中CAT活性較CK提高了43.48%，且顯著高于CK， T1、T2、T3、T6、T9配方煙苗CAT活性較CK降低，但沒有顯著性差異，T4、T5、T7配方煙苗CAT活性顯著低于CK。

2.7 隸屬函數(shù)分析

表8對(duì)不同基質(zhì)處理所育煙苗的各項(xiàng)生理指標(biāo)利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，值越大，表明育苗效果越好。T8配方煙苗隸屬函數(shù)平均值最高，T6、T8配方均高于CK，說明這2個(gè)配方所育煙苗綜合素質(zhì)優(yōu)于CK。綜合分析結(jié)果表明，T6、T8處理更適宜作為煙苗的無土栽培基質(zhì)。

3 討論

基質(zhì)作為煙草種子萌發(fā)及煙苗生長的載體，其重要性不言而喻，因此對(duì)煙草直播基質(zhì)配方展開研究十分必要。前人研究表明，育苗基質(zhì)較合理的容重為0.1～0.8 g/cm3、孔隙度54%～96%、pH值5.5～7.7、電導(dǎo)率0.15～1.00 mS/cm［15-16］。在本試驗(yàn)中，基質(zhì)配方的各項(xiàng)理化性質(zhì)均處于理想范圍。從試驗(yàn)結(jié)果來看，T6、T8處理的成苗率高于對(duì)照，一定程度上提高了煙草直播育苗生產(chǎn)效率，這可能是與這2個(gè)配方的最大持水量高，煙草直播育苗時(shí)對(duì)水分的需求較為嚴(yán)苛有關(guān)。煙苗的農(nóng)藝性狀從某些方面反映出煙株的長勢(shì)以及生長潛力，T8配方在葉長、株高和莖粗等方面顯著優(yōu)于CK。干鮮重反映了煙苗同化產(chǎn)物、礦質(zhì)營養(yǎng)積累量的多少以及生理生化代謝水平的高低，T8配方的地上部鮮重顯著高于CK，這表明蚯蚓土和椰糠的添加有利于煙株鮮物質(zhì)的積累。根系是煙苗生長發(fā)育的基礎(chǔ)，不僅支撐固定煙苗植株，而且為煙苗提供所需的水分和養(yǎng)分；葉綠素則是光合作用的載體，在一定范圍內(nèi)，葉綠素越多，植物的光合作用越強(qiáng)，對(duì)煙苗的生長發(fā)育來說，都是重要的表征指標(biāo)［17-18］。對(duì)各處理葉綠素含量相對(duì)值（SPAD值）及根系活力測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，T6配方的葉綠素含量相對(duì)值（SPAD值）顯著高于CK，T8處理煙苗根系活力較CK顯著提高，這與2個(gè)處理配方的養(yǎng)分與礦物質(zhì)含量可能有一定的關(guān)聯(lián)?？扇苄蕴鞘呛饬繜熑~品質(zhì)、增強(qiáng)煙株抗性的重要指標(biāo)；可溶性蛋白質(zhì)是氮素在煙苗體內(nèi)的主要形式，其含量的多少與煙苗代謝密切相關(guān)，并且對(duì)細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞膜系統(tǒng)有重要保護(hù)作用，也是重要的抗性指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，T6、T8配方煙苗可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量較CK均有了顯著提高?？梢?，使用蚯蚓土和椰糠后，一定程度上促進(jìn)了煙苗中這2種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成和積累。氮代謝的強(qiáng)度和協(xié)調(diào)程度直接影響煙葉的品質(zhì)與產(chǎn)量，硝酸還原酶（NR）是煙株氮代謝過程中第1個(gè)酶。T8處理煙苗的硝酸還原酶（NR）活性最高。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）是包括煙草在內(nèi)的植物體內(nèi)抗氧化還原酶系統(tǒng)的重要組成成分，對(duì)維持煙株體內(nèi)正常代謝，消除外界不利影響，保證植株在逆境中正常生長具有重要作用［19］。T6、T8配方煙苗體內(nèi)抗氧化酶活性均處于較高的水平，對(duì)提升煙株的抗逆能力，保護(hù)幼嫩煙苗免于不良環(huán)境帶來的傷害具有重要意義。

蚯蚓土具有微孔結(jié)構(gòu)，質(zhì)地較為疏松，使土壤板結(jié)程度大大減輕，增強(qiáng)土壤吸附性；同時(shí)降低養(yǎng)分流失，是一種優(yōu)質(zhì)的育苗基質(zhì)，能給植物生長提供所需的各種元素，以及大量有機(jī)質(zhì)、腐植酸等［20］；椰糠是椰果果皮層的纖維部分，具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)和通氣性，保水保肥能力強(qiáng)，在很多作物的育苗基質(zhì)都有應(yīng)用［21］。夏志林等研究發(fā)現(xiàn)，草炭和椰糠比例為1 ∶1時(shí)，煙苗生長較好，根系鮮物重、根系活力及煙葉可溶性物質(zhì)含量最高［22］。呂秀敏等研究發(fā)現(xiàn)，在基質(zhì)中添加30%的蚯蚓堆肥后，煙草幼苗農(nóng)藝性狀、葉綠素含量及根系發(fā)育狀況最好［23］。張力方等研究表明，椰糠可以替代一部分草炭，當(dāng)草炭和椰糠比例為2 ∶1時(shí)，盆栽荊芥培養(yǎng)效果最好［24］。盧萬義等的研究表明，以蚯蚓土 ∶椰糠 ∶蛭石＝2 ∶3 ∶1為沃柑假植育苗基質(zhì)時(shí)，比以泥炭 ∶蛭石＝4 ∶2為對(duì)照的基質(zhì)綜合表現(xiàn)更好［25］。這些研究成果與本試驗(yàn)的結(jié)果有許多相似之處，說明蚯蚓土和椰糠可以替代或部分替代草炭。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，T8配方的煙苗素質(zhì)綜合來看比T6配方更加出色，可能與蚯蚓土和椰糠在某些方面的理化性質(zhì)存在互補(bǔ)有關(guān)，比單純使用椰糠具有更好的肥力效果。添加谷殼灰的基質(zhì)培育的煙苗表現(xiàn)較差，可能是電導(dǎo)率值過高，對(duì)根系造成了損傷。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)不同體積比烤煙育苗基質(zhì)配方試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，T6配方（椰糠 ∶草炭 ∶珍珠巖 ∶蛭石=4.5 ∶1.5 ∶2.0 ∶0）和T8配方（蚯蚓土 ∶椰糠 ∶珍珠巖 ∶蛭石=1.0∶2.0∶1.0∶1.0）所育煙苗綜合素質(zhì)更好，各形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)更佳，隸屬函數(shù)值排名前列，適宜在烤煙直播育苗基質(zhì)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。后期需要加強(qiáng)在大田生產(chǎn)中應(yīng)用調(diào)整和持續(xù)改進(jìn)烤煙直播基質(zhì)配方。

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